— REPORTÉ (Covid) — 05/02/2021 – K. Loubière, N. Dietrich & V. Roig – Bulles inertielles confinées

Séminaire IUSTI – 05 fév. 2021 – 11h amphi

Bulles inertielles confinées : une drôle d’hydrodynamique et un transfert de masse fascinant

Karine Loubière – LGC, Toulouse
Nicolas Dietrich – INSA, Toulouse
Véronique Roig, IMFT, Toulouse

Les écoulements à bulles, le plus souvent réactifs, sont utilisés dans de nombreux procédés industriels, notamment en pétrochimie, traitement des eaux ou industrie pharmaceutique. L’analyse des phénomènes de transport en leur sein, et de leur couplage avec les cinétiques chimiques, est fondamentale pour optimiser les procédés actuels (rendement, sélectivité, efficacité énergétique, etc), mais également pour proposer de nouvelles méthodes et/ou technologies en rupture. Récemment, des réacteurs microstructurés continus (i.e. monolithes, réacteurs-échangeurs) mettant en jeu des géométries extrêmement confinées se sont développés comme alternatives aux procédés batch existants, permettant notamment d’intensifier de manière significative le transfert de masse aux interfaces gaz-liquide.
Ce séminaire se propose de présenter plusieurs techniques optiques de mesures, novatrices et prometteuses, pour analyser le transfert de masse dans des écoulements à bulles. Ces techniques ont été développées dans différents laboratoires toulousains, notamment au sein de la fédération de rechercher FERMaT. Elles s‘appuient sur des réactions chimiques mettant en jeu des espèces colorées, ou sur l’inhibition de la fluorescence du réactif gazeux transféré.
Dans un premier temps, les potentialités de ces techniques seront illustrées au travers de résultats expérimentaux récents sur le transfert de masse réactif, obtenus dans des configurations d’écoulements à bulles confinées ou non. Un focus sera ensuite porté sur une géométrie de réacteur à bulles de taille intermédiaire, dans lequel des bulles de diamètre d sont confinées entre deux plaques planes séparées par une distance inférieure à d ; l’idée étant qu’un tel réacteur profiterait ainsi des bonnes propriétés de mélange des colonnes et des bonnes propriétés de transfert de masse des monolithes.
Nous nous intéresserons ici au problème générique du mouvement d’une bulle inertielle en ascension dans un fluide au repos confiné entre deux plaques planes, à la perturbation qu’elle induit dans le fluide et au transfert de masse qui peut être activé dans cette configuration. Nous montrerons que, pour de larges gammes de nombres d’Archimède, des lois d’échelle génériques ont pu être obtenues concernant la cinématique des bulles, et que, dans cette configuration, un couplage fort existe entre instabilité de trajectoire et instabilité de sillage.
Enfin, via les techniques optiques de mesure précédemment décrites, le transfert de masse autour d’une bulle d’oxygène pur en ascension libre dans ce réacteur sera étudié. Les champs de concentrations en oxygène dissous mesurés dans le sillage de la bulle serviront de base pour introduire les lois d’échelle associées et discuter les mécanismes de transport du constituant dissout en phase liquide.